太强了,手撸一款导弹跟踪算法(Python版)
作者:半壶砂
https://www.cnblogs.com/halfsand/p/7976636.html
这里涉及拦截导弹的自动跟踪。最近,看到了一个挺有趣的自动跟踪算法,一个Python的简单模拟版本,分享给大家。
自动追踪算法,在我们设计2D射击类游戏时经常会用到,这个听起来很高大上的东西,其实也并不是军事学的专利,在数学上解决的话需要去解微分方程。
这个没有点数学基础是很难算出来的。但是我们有了计算机就不一样了,依靠计算机极快速的运算速度,我们利用微分的思想,加上一点简单的三角学知识,就可以实现它。
好,话不多说,我们来看看它的算法原理,看图:
由于待会要用pygame演示,他的坐标系是y轴向下,所以这里我们也用y向下的坐标系。
算法总的思想就是根据上图,把时间t分割成足够小的片段(比如1/1000,这个时间片越小越精确),每一个片段分别构造如上三角形,计算出导弹下一个时间片走的方向(即∠a)和走的路程(即vt=|AC|),这时候目标再在第二个时间片移动了位置,这时刚才计算的C点又变成了第二个时间片的初始点,这时再在第二个时间片上在C点和新的目标点构造三角形计算新的vt,然后进入第三个时间片,如此反复即可。
假定导弹和目标的初始状态下坐标分别是(x1,y1),(x,y),构造出直角三角形ABE,这个三角形用来求∠a的正弦和余弦值,因为vt是自己设置的,我们需要计算A到C点x和y坐标分别移动了多少,移动的值就是AD和CD的长度,这两个分别用vt乘cosa和sina即可。
计算sina和cosa,正弦对比斜,余弦邻比斜,斜边可以利用两点距离公式计算出,即:
于是
AC的长度就是导弹的速度乘以时间即 |AC|=vt,然后即可计算出AD和CD的长度,于是这一个时间片过去后,导弹应该出现在新的位置C点,他的坐标就是老的点A的x增加AD和y减去CD。
于是,新的C点坐标就是:
只要一直反复循环执行这个操作即可,好吧,为了更形象,把第一个时间片和第二个时间片放在一起看看:
第一个是时间片构造出的三角形是ABE,经过一个时间片后,目标从B点走到了D点,导弹此时在C点,于是构造新的三角形CDF,重复刚才的计算过程即可。
图中的角∠b就是导弹需要旋转的角度,现实中只需要每个时间片修正导弹的方向就可以了,具体怎么让导弹改变方向,这就不是我们需要研究的问题了。
好,由于最近在用Python的pygame库制作小游戏玩,接下来我们就用pygame来演示一下这个效果,效果如下图:
很简单的代码如下:
import pygame,sys
from math import *
pygame.init()
screen=pygame.display.set_mode((800,700),0,32)
missile=pygame.image.load('element/red_pointer.png').convert_alpha()
x1,y1=100,600 #导弹的初始发射位置
velocity=800 #导弹速度
time=1/1000 #每个时间片的长度
clock=pygame.time.Clock()
old_angle=0
while True:for event in pygame.event.get():if event.type==pygame.QUIT:sys.exit()clock.tick(300)x,y=pygame.mouse.get_pos() #获取鼠标位置,鼠标就是需要打击的目标distance=sqrt(pow(x1-x,2)+pow(y1-y,2)) #两点距离公式p=velocity*time #每个时间片需要移动的距离sina=(y1-y)/distancecosa=(x-x1)/distanceangle=atan2(y-y1,x-x1) #两点线段的弧度值x1,y1=(x1+p*cosa,y1-p*sina)d_angle = degrees(angle) #弧度转角度screen.blit(missile, (x1-missile.get_width(), y1-missile.get_height()/2))dis_angle=d_angle-old_angle #dis_angle就是到下一个位置需要改变的角度old_angle=d_angle #更新初始角度pygame.display.update()
如果仅把导弹考虑为一个质点的话,那么以上算法就已经足矣,我没有做导弹的旋转,因为一个质点也不分头尾不需要旋转,当然这前提得是你加载的导弹图片很小的时候不旋转看起来也没什么问题。
但是在pygame里面做旋转并不是一件容易的事情(也可能是我无知),好吧我们先把图片替换成一张矩形的,再加入旋转函数看看效果如何。
missiled = pygame.transform.rotate(missile, -(d_angle))
screen.blit(missiled, (x1-missile.get_width(), y1-missile.get_height()/2))
因为图片的坐标点是它的左上角的点,所以如果我们想让图片的坐标固定在箭头尖点,那么把图片实际打印位置x减少图片长度,y减少一半宽度就行。
但是实际运行效果并不好:
大致方向相同,但是图片箭头的尖点并没有一直跟随鼠标,这是为什么呢。经过我的研究(就因为这个问题没解决一直没发布),
我发现原来是这个图旋转的机制问题,我们看看旋转后的图片变成什么样了:
旋转后的图片变成了蓝色的那个范围,根据旋转角度的不同,所变成的图片大小也不一样,我们看旋转90的情况:
我们发现,旋转后的图片不仅面积变大了,导弹头的位置也变了。那应该怎么解决这个问题呢?思路是,每一次旋转图片以后,求出旋转图的头位置(图中的绿色箭头点),然后把绿图的打印位置移动一下,下,x,y分别移动两个头的距离,就可以让旋转后的导弹头对准实际我们参与运算的那个导弹头的位置,移动后应该是这样的:
这样,两个导弹头的点就一致了。接下来我们分析求旋转后的导弹头的算法。根据旋转角度的不同,旋转角在不同象限参数不一样,所以我们分为这四种情况
1,2象限:
3,4象限,它的旋转只有正负0—180,所以3,4象限就是负角。
显示图片的时候我们将他移动。
screen.blit(missiled, (x1-width+(x1-C[0]),y1-height/2+(y1-C[1])))
这里的(x1-width,y1-height/2)其实才是上图中的(x1,y1)。
所以最后我们加入相关算法代码,效果就比较完美了。
大功告成,最后附上全部的算法代码:
import pygame,sys
from math import *
pygame.init()
font1=pygame.font.SysFont('microsoftyaheimicrosoftyaheiui',23)
textc=font1.render('*',True,(250,0,0))
screen=pygame.display.set_mode((800,700),0,32)
missile=pygame.image.load('element/rect1.png').convert_alpha()
height=missile.get_height()
width=missile.get_width()
pygame.mouse.set_visible(0)
x1,y1=100,600 #导弹的初始发射位置
velocity=800 #导弹速度
time=1/1000 #每个时间片的长度
clock=pygame.time.Clock()
A=()
B=()
C=()
while True:for event in pygame.event.get():if event.type==pygame.QUIT:sys.exit()clock.tick(300)x,y=pygame.mouse.get_pos() #获取鼠标位置,鼠标就是需要打击的目标distance=sqrt(pow(x1-x,2)+pow(y1-y,2)) #两点距离公式p=velocity*time #每个时间片需要移动的距离sina=(y1-y)/distancecosa=(x-x1)/distanceangle=atan2(y-y1,x-x1) #两点间线段的弧度值fangle=degrees(angle) #弧度转角度x1,y1=(x1+p*cosa,y1-p*sina)missiled=pygame.transform.rotate(missile,-(fangle))if 0<=-fangle<=90:A=(width*cosa+x1-width,y1-height/2)B=(A[0]+height*sina,A[1]+height*cosa)if 90<-fangle<=180:A = (x1 - width, y1 - height/2+height*(-cosa))B = (x1 - width+height*sina, y1 - height/2)if -90<=-fangle<0:A = (x1 - width+missiled.get_width(), y1 - height/2+missiled.get_height()-height*cosa)B = (A[0]+height*sina, y1 - height/2+missiled.get_height())if -180<-fangle<-90:A = (x1-width-height*sina, y1 - height/2+missiled.get_height())B = (x1 - width,A[1]+height*cosa )C = ((A[0] + B[0]) / 2, (A[1] + B[1]) / 2)screen.fill((0,0,0))screen.blit(missiled, (x1-width+(x1-C[0]),y1-height/2+(y1-C[1])))screen.blit(textc, (x,y)) #鼠标用一个红色*代替pygame.display.update()
最后
这是一个简单的,用 Python 实现的自动跟踪算法,真正的导弹拦截跟踪算法要复杂很多。
点个在看 paper不断!
太强了,手撸一款导弹跟踪算法(Python版)相关推荐
- umi脚手架搭建的项目_还在从零开始搭建项目?手撸了款快速开发脚手架!
之前开源了一款项目骨架mall-tiny,完整继承了mall项目的整个技术栈.总感觉mall-tiny集成了太多中间件,过于复杂了.这次对其进行了简化和升级,使它成为了一款拥有完整权限管理功能的快速开 ...
- 手撸一款精美的水波气泡
代码地址如下: http://www.demodashi.com/demo/13434.html Android自定义水波气泡 前言:公司在做的一个项目,要求在地图上以水波气泡的形式来显示站点,并且气 ...
- 手撸一款简单高效的线程池(五)
在之前的内容中,我们给大家介绍了 C++实现线程池过程中的一些常用线优化方案,并分析了不同机制使用时的利弊.这一篇,是线程池系列的最后一章.我们会介绍一下 CGraph 中的 threadpool 如 ...
- 大厂敲门砖——算法,手撸3道高频算法题,检测真水平
3道高频算法题 手撸算法1:查找数组中重复元素和重复元素的个数 手撸算法2:写个二分查找demo吧 手撸算法3:把两个有序数组合并成一个有序数组 要进大厂,算法是不可或缺的一环,也是块儿敲门砖,科一都 ...
- 手撸一款属于自己的Maven插件,说干就干
大家好,我是冰河~~ 今天,冰河给大家分享一篇大部分人都不会的技能,那就是我们自己动手写一款属于自己的Maven插件.好了,直接进入今天的主题吧. Maven插件的相关概念 插件坐标定位 插件与普通j ...
- 还在从零开始搭建项目?手撸了款快速开发脚手架!
简介 mall-tiny是一款基于SpringBoot+MyBatis-Plus的快速开发脚手架,拥有完整的权限管理功能,可对接Vue前端,开箱即用. 项目演示 mall-tiny项目可无缝对接m ...
- 【附源代码】手把手教你用Python+uiautomator2手撸一款自动抢菜应用
包菜 -- 包你有菜 包菜是我开发的一款自动抢菜软件,解决yiqing期间大家吃菜难的问题. 需要完整源代码的朋友可以私信我 背景 事情的起因是这样的:yiqing导致物资紧张.配送困难,抢菜成为风控 ...
- 手撸一款第三方链克钱包
为什么80%的码农都做不了架构师?>>> 好久没更新博客了.主要是最近在研究区块链技术(炒币),当然也成为了一个小矿工,挖迅雷的玩客币.不过前不久,迅雷宣布将停止国内转账,而在 ...
- 手撸一款Android屏幕适配SDK
1.屏幕适配的原因 Android手机屏幕碎片化严重,导致界面元素在不同屏幕上的显示效果不一致.下面我们看下未对控件适配在不同屏幕上的截图. 这张是在不同机型上未适配的截图. 这张是在不同机型适配后的 ...
最新文章
- 微信访问H5,闪退问题
- android开发字体样式,Android开发中修改程序字体的样式
- 精通python网络爬虫-精通Python网络爬虫:核心技术、框架与项目实战 PDF
- sql如何先排序再去重
- 不会自动化UI测试?不会编程?没问题,会造句就行!
- 【每日SQL打卡】DAY 1丨部门工资最高的员工【难度中等】
- 我的一个朋友加班猝死了,我很恐慌
- (王道408考研数据结构)第八章排序-第五节:归并排序
- 《C关键字分析》之extern用法
- 解决SVN403问题
- Linux平台下使用AdventNet ManageEngine OpUtils监控网络
- 阿拉德之怒手游超详细图文架设教程
- Python入门学习十:Python绘图
- 2019 Namesilo 购买域名 解析域名 图文教程
- 使用JSONP解决跨域
- 非接触IC卡读写模块MFRC530的工作原理及其应用
- 人工智能成功与冠状病毒抗争,但个人隐私令人担忧
- 穹顶之下,关于数据中心的“绿色”思考
- Vue中的深坑——component和components
- 股票类网站php,php 股票信息查询类